JP4600840B2 - 船 - Google Patents

Description

本発明は、液体二酸化炭素（ＬＣＤ）を水上ＬＣＤ輸送船から注入坑井ヘッドに移送する方法及び装置の向上、並びに水上ＬＣＤ移送船に関する。

二酸化炭素（ＣＯ_２）は、一定の工業的操作、例えば、アンモニアの製造において副生成物として多量に生成するガスである。この副生成物を大気に放出するのは、温室効果気体であることから環境的に望ましくない。したがって、大気に単に放出する以外の方法でＣＯ_２を処理する方法を開発することに、多くの努力がなされてきた。特に重要な一つの方法として、ＣＯ_２を多孔質地下層（すなわち、岩石）に、例えば油田における注入抗井の下の方に、ポンプで送り込むことがある。

地下処理は、単に多孔質地層に注入することでよい。地下処理は、注入されたＣＯ_２が地層中の炭化水素（例えば、油又はガス）を産出業者の坑井（すなわち、炭化水素が抽出される坑井）の方に推進する役割を果たすので、処理される地層が炭化水素を有するものである場合に有利である。このようなことから、ＣＯ_２の注入は、炭化水素類の回収率を高めるための最近のステージリザーバ管理における一つの標準法となっている。

処理が地下注入による場合の二酸化炭素の量は、非常に多く、一般的に数百万トンのオーダーである。従って、ＣＯ_２をそれが生成される場所から、注入場所に輸送する場合、とりわけ注入場所が沖合の場合には、ＣＯ_２の輸送の面での問題が生じる。二酸化炭素は、周囲温度及び圧力ではガス状であり、バッチ式で輸送する場合、プロセスを実行できないほど大きな容器を必要とする。ある状況ではパイプラインによる輸送も可能ではあるが、必要とするインフラストラクチャが高価である。したがって、二酸化炭素をとりわけ沖合の注入場所までバッチ式で液状で輸送するのが望ましい。

しかしながら、液体二酸化炭素の輸送は、問題を生じることなく、費用をかけずに実行できるものではない。液体ＣＯ_２を冷蔵しない場合、液体状態に維持するのに必要な圧力は高く（６０〜７０ｂａｒ）、必要とする加圧容器の肉厚が大きく、液体ＣＯ_２を冷蔵せずに大規模に輸送するこのような容器を製造するのに非常な費用がかかる。周囲より低い温度で液体ＣＯ_２を輸送する場合、必要とする圧力及び必要とする容器の肉厚は減少するが、冷蔵が必要となるので費用がかかり、二酸化炭素が固相を有するので、固体二酸化炭素が形成する恐れがある。固体二酸化炭素が形成すると、ポンプによるＣＯ_２の移送に問題が生じ、パイプ又はバルブが閉塞する恐れがあるため、危険性がある。

したがって、冷蔵の経済性と容器コストとをバランスさせ、且つ固体ＣＯ_２の形成の危険性を回避するのに、いずれかの一定の状況では、一般的に容器において液体ＣＯ_２にとって最適な温度と圧力、例えば、温度は周囲よりも低く、圧力は周囲よりも高いが、まだ亜臨界（ＣＯ_２の臨界点は、７３．８ｂａｒである）にある圧力を採用する。典型的には、大規模な液体ＣＯ_２輸送の場合、最適温度は−５５〜−４８℃の範囲であることがおおく、圧力は５．５〜７．５ｂａｒであることがおおく、すなわち、温度及び圧力についての三重点よりすぐ上であるＣＯ_２についての状態図に対応する。ＣＯ_２についての三重点は、５．２ｂａｒ及び−５６．５℃である。圧力が上記上限より高いと容器がもっと高価なものが必要となり、圧力及び温度が上記下限より低いと固体が形成される恐れがある。

産出業者の坑井ヘッドから海岸に液化石油ガス（ＬＰＧ）を移送するための水上船で使用される加圧容器は、ＬＣＤ輸送ではより高い圧力が必要とされるために、一般的にＬＣ
Ｄの移送には好適ではない。さらに、沖合の製造者の坑井から水上船（すなわち、船）にＬＰＧを移送するための液体移送装置は、ＬＣＤで遭遇する固体の形成の恐れがないＬＰＧのためのものであり、ＬＣＤを船から注入坑井ヘッドに移送するには不適当である。

それにもかかわらず、ＬＰＧ、ＬＮＧ、ＰＬＮＧ及びＬＣＤの輸送に使用することができる液化ガス輸送船、並びに輸送船から沖合注入坑井ヘッドにＬＣＤを移送するのに安全且つ効率的に使用できる移送システムが必要とされている。

本発明者等は、今般輸送船から沖合注入坑井ヘッドにＬＣＤを輸送するのに安全且つ効率的に使用できるＬＣＤ移送プロセス及び装置を開発した。本発明で使用される輸送船上のＬＣＤ容器は、さらにＬＰＧ、ＬＮＧ又はＰＬＮＧを沖合の産出業者の坑井から海岸に輸送するのに安全且つ効率的に使用することもできる。

したがって、本発明の一態様によれば、液体二酸化炭素を、水上輸送船（以下、「船」と称する）上の加圧且つ冷蔵された液化ガスの容器から、表面プラットフォームに接続された沖合注入坑井に移送する方法であって、前記容器及び前記プラットフォームを、少なくとも一部が前記船と前記プラットフォームとの間の水中に浸漬した可撓性部を有する導管、第一ポンプ、第二ポンプ、ヒーター、膨張タンク及び第三ポンプと接続することと；前記第一ポンプを用い、液体二酸化炭素を前記容器から、前記導管に沿って前記第二ポンプに移送することと；前記第二ポンプを用いて前記液体二酸化炭素を前記導管に沿って、前記ヒーターを通過して前記第三ポンプに移送することと；前記ヒーターを用いて、前記液体二酸化炭素を加熱してから、前記第三ポンプ、好ましくは前記水に浸漬された可撓性部の部分に入れることと；前記第三ポンプを用いて前記液体二酸化炭素を前記注入坑井の下に移送することと；前記膨張タンクを用いて、前記第三ポンプの上流で、前記可撓性部の上流端の下流に位置する前記導管における圧力を、前記第三ポンプが前記液体二酸化炭素を前記注入坑井の下に移送する前に調整することと；ポンプ又は加圧ガスを用いて、前記膨張タンクに集めた液体二酸化炭素を、前記導管に、前記第三ポンプが前記液体二酸化炭素を前記注入坑井の下に移送している最中に移送することと、を含む方法が提供される。

本発明の方法によれば、ＬＣＤの輸送に用いられる船は、好ましくはＬＣＤ容器内に設けられた排出ポンプとこの容器の外に設けられたブースターポンプの少なくとも２つのポンプを備えている。このＬＣＤは、上記した温度及び圧力条件、すなわち、三重点より高い圧力で容器内に入っていることが好ましい。

ＣＯ_２は、通常のポンプに代わるもので容器から移送できる。すなわち、第一「ポンプ」は、容器からＣＯ_２を排出するいずれかの適当な手段でよい。
例えば、一つの別の構成によれば、ＣＯ_２を容器から第二（又はブースター）ポンプに、ＬＣＤ容器を加圧してＬＣＤを移動させることにより排出することができる。この構成によれば、ＬＣＤ容器の最小圧力は、ポンプの入口で蒸気泡が形成しないようにするのに必要とする第二ポンプの入口での必要圧力により規定される。泡立ち点の必要とする幅は、上記第二ポンプについての必要有効吸込み高により規定される。

別の構成によれば、ＬＣＤ容器内に配置された熱交換器によりＬＣＤを蒸発させることによるか、又はＬＣＤ船の外のＬＣＤを蒸発させてＬＣＤ船に注入することにより、ＬＣＤ容器を加圧することができる。移送圧はほぼ飽和され、この圧力をＬＣＤのアンロード
前及びアンロード中に増加する。

この船は、好ましくはヒーターを、ＬＣＤの加熱の少なくとも一部分が必要に応じてＬＣＤが導管の浸漬部に入る前でおこなうことができるように設けることができる。このことにより、プラットフォーム上にヒーターを設ける必要がなくなったり、プラットフォーム上のヒーターに関する必要性を減少させたり、又は十分な加熱容量が確保されるだけでなく、導管の水面下部が氷結する恐れ及び容器からプラットフォームに至る導管の中で固体二酸化炭素が形成する恐れが少なくなる。この船上ヒーターは、好ましくは排出ポンプ及びブースターポンプの下流に設ける。好ましくはカーゴ及び／又はブースターポンプの下流からの二酸化炭素の一部を、取り出し、蒸発させ、ＬＣＤ容器に戻して容器内の圧力を維持してＬＣＤを三重点より高く保つようにし、それにより最適なＬＣＤ移送を実現する。

また、望ましくは容器は、導管カップリングを備えている。この導管カップリングにより、容器からの導管を、水面下のタレットローディング（ＳＴＬ）システムに至る可撓性導管に取り付けることができる。好ましくはＳＴＬから、さらなる可撓性導管（可撓性ライザー）が海底に至り、海中フローラインに接続してさらなる硬質又は可撓性ライザーに至り、ＬＣＤをプラットフォームに移送する。少なくともプラットフォームに至るが水面下にない導管の部分は、望ましくない氷結と大気による凝縮の両方を防止するために断熱されていることが好ましい。

導管上の膨張タンクは、導管内の圧力が、船からプラットフォームへのＬＣＤの各移送の間、確実に設計圧力を超えないようにする役割を果たす。各移送間で、導管中のＬＣＤは、周囲から熱を吸収し、膨張する。膨張タンクは、リザーバーの役割をしてこの膨張を吸収し、膨張タンクに集まったＬＣＤは、続いてのＬＣＤ移送操作中に導管に戻すことができる。

ダウンホール注入のための所望の温度に前から達していない場合には、プラットフォームに到達しているＬＣＤを、プラットフォーム上に位置するヒーターを用いてこのような温度に加熱することが望ましい。一般的に、ガスの水和物がダウンホール形成するのを避けるために、ＬＣＤを、約１０℃以上、好ましくは１２℃以上、とりわけ１４〜２０℃に加熱する。ＬＣＤを同様に０℃以上に加熱してガス水和物のダウンホール生成を回避してもよい。移送温度（すなわち、ＬＣＤ容器における温度）についてのこのような温度上昇では、加熱中のＣＯ_２ガス相の生成を回避するために同時に圧力も上昇させる。したがって、第二（ブースター）ポンプの出口圧力は、ＬＣＤが注入温度への加熱中に気泡点から確実に離れた状態にあるような値でなければならない。

導管中のＬＣＤを、注入ポンプ（単一又は複数）（例えば、１台、２台、３台又は４台のポンプを直列に設ける）に供給して、注入するのに望ましい圧力、望ましくは約１５０〜３５０ｂａｒ、例えば２００〜３００ｂａｒにする。これらのポンプの一つ以上を、ＬＣＤ注入をおこなわないときのダウンホール水注入用に配置してもよい。しかしながら、より一般的には、水及びＬＣＤ注入用に、異なるポンプ移送システムが使用される。このシステムでは、ポンプ後及びより好ましくは多穴プラットフォームにおける異なる穴用の注入流体の分離用のマニホールド後に両方を接合する導管システムを用いる。

ＬＣＤ注入は、一般的にバッチ式でおこなわれ、水注入は連続したＬＣＤ輸送船からのＬＣＤ注入の間でおこなわれる。これは、注入坑井が、水注入とＬＣＤ注入との間の切り替えの間は加圧状態に保たれるからである。また、通常ＬＣＤ注入速度に達するまでに時間の遅れがあるので、注入ポンプの始動段階において、注入ポンプの下流からの二酸化炭素を注入ポンプに入る二酸化炭素流に再循環することが望ましい。必要に応じて、この再
循環を、冷却しながらおこなう。

特に好ましい実施態様によれば、ＬＣＤ輸送船上のポンプ及びヒーターは、ＬＣＤが可撓性導管の浸漬部に、−５０℃〜＋０℃の範囲の温度及びＣＯ_２が液相であり且つキャビテーションが避けられるような圧力で導入されるように配置される。しかしながら、より好ましくは、ブースターポンプを、プラットフォームに到達するまでＣＯ_２ガス相が形成するのを確実に回避するような圧力で動作させる。この場合、二酸化炭素の一部分を、主ＬＣＤ流から分離し、蒸発させ、ＬＣＤ容器に再循環して、容器の内容物が排出されるときにＬＣＤ容器内の圧力が維持されるようにすることができる。このようなバックフローラインは、カーゴポンプの加圧側からでも、又はブースターポンプの加圧側からでもよい。しかしながら、カーゴポンプの下流からとブースターポンプの下流からの両方からのバックフローラインが好ましい。第一のバックフローラインは、始動前のブースターポンプの入口での流量及び圧力を適切にし且つ始動時に導管内で液体が気相に転移するのを防ぐ。第二のバックフローラインは、始動前のプラットフォームへの流量及び圧力を適切にし且つここでも、始動時に導管中の望ましくない液体から気相への転移が生じないようにする。

好ましくは、プラットフォームは、ＬＣＤ注入とＬＣＤ注入との間、ＬＣＤを収容できる膨張タンクを備えている。このタンクは、好ましくは導管の外にあり、バルブにより導管に取り付けられている。バルブは、圧力により作動して、導管内のＣＯ_２が周囲環境により加熱されたときのＣＯ_２体積の増加を吸収する。このようにして、望ましくないＣＯ_２の大気への放出を、回避又は最小に抑えることができる。別法として、ＣＯ_２を大気に直接ベントすることもできる。

また、プラットフォームは、注入ポンプの加圧側から注入ポンプの入口側へのバックフローラインを備えている。このバックフローラインは、始動時に、設計された注入圧力及び流量となるまで所望の流量及び圧力を確保することができる。高バックフロー流量での温度の上昇を避けるために、好ましくはバックフローラインはクーラー、例えば、熱交換器を備えている。

望ましくは、船上でのＬＣＤの移送圧力及び温度は、−５７〜−４０℃に対応して５．２〜１０ｂａｒ Ａであり、船を出るときのＬＣＤの圧力は好ましくは−５０〜０℃に対応して３０〜７０ｂａｒ Ａである。注入ポンプを出るときのＬＣＤの圧力は、個々の坑井によって異なるが、典型的には１０〜２０℃に対応して１００〜３００ｂａｒ Ａである。

したがって、使用される容器、導管、カップリング、ポンプ等は、これらの温度及び圧力に耐えることができるようなものでなければならない。
本発明のさらなる態様によれば、ＬＣＤ移送システムであって、ＬＣＤ輸送船と、注入坑井に接続された表面プラットフォームと、前記船と前記プラットフォーム上のＬＣＤ注入ポンプを接続する導管とを備えており、前記船が加圧及び冷蔵ＬＣＤ容器と、前記容器内に設けられ、ＬＣＤを前記容器から前記導管に沿って移送するためのカーゴ排出ポンプと、前記導管に沿ってＬＣＤを前記プラットフォームに移送するためのブースターポンプと、前記カーゴポンプの下流に設けられた前記容器への第一バックフローラインと、前記ブースターポンプの下流から前記容器への第二バックフローラインと、前記導管に沿って前記船から流れているＬＣＤを加熱するように、好ましくは前記ブースターポンプの下流に配置された必要に応じて設けられる第一ヒーターとを備えており、前記プラットフォームが前記坑井の下にＬＣＤを注入する注入ポンプと、前記導管の中のＬＣＤの圧力を調節するように前記注入ポンプの上流に配置された膨張タンクと、前記注入ポンプの下流からの第三バックフローラインと、前記導管の中のＬＣＤを加熱するように前記注入ポンプの
上流に必要に応じて配置された第二ヒーターと、前記第三バックフローラインにおいて二酸化炭素を冷却するように必要に応じて配置されたクーラーとを備えておリ；そして前記第一ヒーターと第二ヒーターとのうちの少なくとも一つが前記システムに存在する、ＬＣＤ移送システムが提供される。

本発明のさらなる態様によれば、水上ＬＣＤ輸送船であって、加圧及び冷蔵ＬＣＤ容器と、前記容器内に設けられ、ＬＣＤを前記容器から前記導管に沿って移送するためのカーゴ排出ポンプと、前記導管に沿ってＬＣＤを前記プラットフォームに移送するためのブースターポンプと、前記カーゴポンプの下流に設けられた前記容器への第一バックフローラインと、前記ブースターポンプの下流から前記容器への第二バックフローラインと、前記導管に沿って前記船から流れているＬＣＤを加熱するように、好ましくは前記ブースターポンプの下流に配置された必要に応じて設けられる第一ヒーターとを備えている、水上ＬＣＤ輸送船が提供される。本発明の船におけるＬＣＤ容器の内容積は、好ましくは少なくとも５００ｍ^３、とりわけ１０００〜１００００ｍ^３である。

ここで表面プラットフォームとは、水面でか、水面より上のプラットフォーム、例えば、固定式又はフローティングプラットフォームを意味する。
以下、本発明の実施態様を、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、導管３を介して表面プラットフォーム４に接続された冷蔵及び加圧ＬＣＤタンク２を備えた船１である。
ＬＣＤ容器内には、ＬＣＤをブースターポンプ６に供給するカーゴポンプ５が設けられている。ブースターポンプ６は、ＬＣＤをＳＴＬ７を介してプラットフォームに供給する。カーゴポンプ５及びブースターポンプ６の下流には、それぞれＣＯ_２をＬＣＤ容器に戻すバックフローライン８及びバックフローライン９が設けられている。また、船には、船からでるＬＣＤを加熱するヒーター１０が備えられている。プラットフォーム４に到達する導管は、周囲環境による加熱によりＬＣＤの膨張を吸収する膨張タンク１１を備えている。膨張タンク１１の後に、導管がヒーター１２を介して注入ポンプ１３に至る。注入ポンプ１３は、ＬＣＤをダウンホール注入する。注入ポンプ１３の下流の導管は、過剰のＣＯ_２をヒーター１２の上流の位置に戻すバックフローライン１４を備えている。始動段階での注入ポンプ１３の過熱を避けるために、バックフローライン１４自体が、熱交換器１５を備えている。

本発明によるＬＣＤ移送システムの概略図である。

Claims (16)

1. 液体二酸化炭素を、水上輸送船（以下、「船」と称する）上の加圧且つ冷蔵された液化ガスの容器から、表面プラットフォームに接続された沖合注入坑井に移送する方法であって、前記容器及び前記プラットフォームを、少なくとも一部が前記船と前記プラットフォームとの間の水中に浸漬した可撓性部を有する導管、第一ポンプ、第二ポンプ、ヒーター、膨張タンク及び第三ポンプと接続することと；前記第一ポンプを用い、液体二酸化炭素を前記容器から、前記導管に沿って前記第二ポンプに移送することと；前記第二ポンプを用いて前記液体二酸化炭素を前記導管に沿って、前記ヒーターを通過して前記第三ポンプに移送することと；前記ヒーターを用いて、前記液体二酸化炭素を加熱してから、前記第三ポンプに入れることと；前記第三ポンプを用いて前記液体二酸化炭素を前記注入坑井の下に移送することと；前記膨張タンクを用いて、前記第三ポンプの上流で、前記可撓性部の上流端の下流に位置する前記導管における圧力を、前記第三ポンプが前記液体二酸化炭素を前記注入坑井の下に移送する前に調整することと；第四ポンプ又は加圧ガスを用いて、前記膨張タンクに集めた液体二酸化炭素を、前記導管に、前記第三ポンプが前記液体二酸化炭素を前記注入坑井の下に移送している最中に移送することと、を含む方法。
2. 前記第一ポンプは前記容器内に配置された排出ポンプであり、前記第二ポンプが前記容器の外に配置されたブースターポンプである、請求項１に記載の方法。
3. 前記船が、ヒーターを、前記液体二酸化炭素が水に浸漬した前記導管の部分に入る前に前記液体二酸化炭素の少なくとも一部分を加熱するように配置して備えている、請求項２に記載の方法。
4. 前記ヒーターが、前記排出及びブースターポンプの下流に配置されている、請求項３に記載の方法。
5. 前記第一及び／又は第二ポンプからの前記二酸化炭素の一部分を、取り出し、蒸発させ、前記容器に戻して前記容器内の圧力を維持するようにした、前記請求項のいずれかに記載の方法。
6. 前記容器における前記液化二酸化炭素を、三重点の圧力より高い圧力に維持する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
7. 前記ポンプとヒーターが、前記ＣＯ_２が前記液相であるような温度及び圧力で前記可撓性導管の前記浸漬部に液化二酸化炭素が導入されるように配置されている、前記請求項のいずれかに記載の方法。
8. 前記ポンプ及びヒーターが、−５０℃〜＋０℃の温度範囲で前記可撓性導管の浸漬部に液化二酸化炭素が導入されるように配置されている、請求項７に記載の方法。
9. 前記ヒーターを用いて、前記液体二酸化炭素を加熱してから、前記第三ポンプに入れることが、前記ヒーターを用いて、前記液体二酸化炭素を加熱してから、前記第三ポンプおよび前記水に浸漬された可撓性部の部分に入れることである、請求項１に記載の方法。
10. 液体二酸化炭素を、水上輸送船（以下、「船」と称する）上の加圧且つ冷蔵された液化ガスの容器から、表面プラットフォームに接続された沖合注入坑井に移送する装置であって、
    前記装置が、前記容器及び前記プラットフォームを接続する導管であって、少なくとも一部が前記船と前記プラットフォームとの間の水中に浸漬した可撓性部を有する導管；第一ポンプ；第二ポンプ；ヒーター；膨張タンク及び第三ポンプを含み；
    前記第一ポンプが、液体二酸化炭素を前記容器から、前記導管に沿って前記第二ポンプに移送するように配置されており；前記第二ポンプが、前記液体二酸化炭素を前記導管に沿って、前記ヒーターを通過して前記第三ポンプに移送するように配置されており；前記ヒーターが、前記液体二酸化炭素を加熱してから、前記第三ポンプに入れるように配置されており；前記第三ポンプが、前記液体二酸化炭素を前記注入坑井の下に移送するように配置されており；前記膨張タンクが、前記第三ポンプの上流で、前記可撓性部の上流端の下流に位置する前記導管における圧力を、前記第三ポンプが前記液体二酸化炭素を前記注入坑井の下に移送する前に調整するように配置されており；前記装置が、第四ポンプ又は加圧ガスを用いて、前記膨張タンクに集めた液体二酸化炭素を、前記導管に、前記第三ポンプが前記液体二酸化炭素を前記注入坑井の下に移送している最中に移送するように配置されている、装置。
11. 前記第一ポンプは前記容器内に配置された排出ポンプであり、前記第二ポンプが前記容器の外に配置されたブースターポンプである、請求項１０に記載の装置。
12. 前記船が、ヒーターを、前記液体二酸化炭素が水に浸漬した前記導管の部分に入る前に前記液体二酸化炭素の少なくとも一部分を加熱するように配置して備えている、請求項１１に記載の装置。
13. 前記ヒーターが、前記排出及びブースターポンプの下流に配置されている、請求項１２に記載の装置。
14. 前記ポンプとヒーターが、前記ＣＯ _２ が前記液相であるような温度及び圧力で前記可撓性導管の前記浸漬部に液化二酸化炭素が導入されるように配置されている、前記請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記ポンプ及びヒーターが、−５０℃〜＋０℃の温度範囲で前記可撓性導管の浸漬部に液化二酸化炭素が導入されるように配置されている、請求項１４に記載の装置。
16. 前記ヒーターが、前記液体二酸化炭素を加熱してから、前記第三ポンプおよび前記水に浸漬された可撓性部の部分に入れるように配置されている、請求項１０に記載の装置。

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